2010年生命科学最新文献简述系列之二

组蛋白变体H3.3在染色质上装配的一种新机制

    越来越多的生化和遗传学证据表明：真核细胞的表观遗传信息不但体现为DNA甲基化、组蛋白的共价修饰以及染色质重塑，而且因多种组蛋白变异体的存在被进一步复杂化。以组蛋白H3为例，真核体细胞存在三种非着丝粒 H3变体， 即H3 (也就是H3.1), H3.2 和H3.3。它们彼此之间在蛋白序列上仅存在细微的差别， 如H3.2 和H3.3只有一个氨基酸的区别。虽然H3变体的功能基本上并不清楚，但在非多能性细胞中H3.3主要发现于转录活跃的基因及部分DNA调控区域。 2002年Henikoff发现了组蛋白变体H3.3可以通过非复制依赖的方式进入核小体， Almouzini实验室随后发现Hira蛋白负责H3.3 装配到核小体这一过程。3月5号刊登于《CELL》上一篇来自C.D.Allis实验室的研究论文为阐明H3.3装配机制带来了意想不到的进展。     最近有研究提示H3.3在胚胎干细胞中可能担负重要生物学功能， ES细胞成为作者找H3.3功能线索的首选试验对象。 鉴于组蛋白H3基因组结构的特殊性，他们适当而且巧妙地运用了一种崭新的标记内源基因的技术（锌指核酸酶方法），建立了含不同外源标签H3基因的ES细胞株。对稳定ES细胞株进行基因组尺度上的染色质免疫共沉淀分析揭示H3.3主要富集于:1）基因的转录起始位点（TSS）。虽然就组蛋白修饰而言， H3.3的分布与转录活跃的组蛋白甲基化标志（如三甲基化的H3K4, H3K36 ）呈正成相关； 其中， 又与H3K4me1的分布最吻合。尽管如此，H3.3在ES细胞里似乎并不是一个基因活跃转录的标志。2）转录因子识别位点。在这些位点，H3.3的丰度与结合于DNA上的转录因子数目呈正相关。3）端粒。
    利用对含有特殊外源标签的H3.3进行的染色质免疫共沉淀技术，作者对比了H3.3在野生型和Hira缺失型ES细胞内的基因组分布模型，发现了H3.3在绝大部分TSS和基因上的富集丢失了，表明H3.3在上述区域的富集依赖于Hira蛋白。但是当作者检测了H3.3在转录识别位点和端粒上的分布，惊奇地发现在这些区域里，H3.3分布几乎是一致的，表明H3.3在转录识别位点和端粒上的装配并不依赖于Hira, 而是可能由其它蛋白负责装配。为了寻找在这些机制中的关键因子，作者采用免疫亲和纯化和质谱分析技术，鉴定出了包括染色质重塑因子SNF家族成员Atrx和Daxx在内的特异结合H3.3的蛋白。作者利用染色质免疫共沉淀技术检测带有外源标记的H3.3在Atrxflox and Atrxnull细胞株内染色质上的分布，确认了Atrx是H3.3定位于端粒所必需的因子。
    以上发现给H3.3的研究提供了新的思路和视野，同时也带来了一系列新的问题：H3.3在基因组、转录起始位点、端粒中的具体功能是什么？在细胞区分H3.3在端粒中的定位是DNA复制依赖还是不依赖的，区域特异性的H3.3定位因子又是什么等等。这些都将是亟待未来人们解决的重要挑战。

熊峰，唐军编译 梅品超 教授审校 科技处主办

2010年4月6日